JP4453091B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気弁よりも上流側の吸気通路に設けられて当該吸気経路を開閉する吸気制御弁を有するエンジンに関し、特に、吸気制御弁の動作状態の適正化が考慮されたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気通路における吸気弁の上流側に、応答性のよい吸気制御弁を設け、これにより過給を行うことが試みられている。このようなエンジンでは、吸気制御弁は吸気弁の開弁時期よりも遅く開弁し、そして吸気弁の閉弁時期の近傍で閉弁するように制御される。この結果、エンジンの吸気行程の末期に負圧状態となっている燃焼室内に、吸気制御弁よりも上流側に位置する吸気通路内の空気が急激に流れ込み、一種の慣性過給効果により、多量の空気を燃焼室内に充填することができる。このような過給はパルス過給（ｐｕｌｓｅ ｃｈａｒｇｅ）またはインパルス過給（ｉｍｐｕｌｓｅ ｃｈａｒｇｅ）と称され、ターボ過給方式よりも制御の応答性に優れ、いわゆる車両の加速遅れを解消することができる。このようなパルス過給に関する技術は、例えば２００３年フランクフルトモーターショーにてＳｉｅｍｅｎｓ ＶＤＯ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ＡＧから９月９日にプレス発表された″Ｉｍｐｕｌｓｅｓ ｆｏｒ Ｇｒｅａｔｅｒ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｆｕｎ″に詳述されている。
【非特許文献１】
Ｓｉｅｍｅｎｓ ＶＤＯ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ＡＧの発行に係るパンフレット″Ｉｍｐｕｌｓｅｓ ｆｏｒ Ｇｒｅａｔｅｒ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｆｕｎ″（２００３年９月９日発行）
しかしながら、パルス過給では吸気制御弁の開弁タイミングの微細な変化によって吸入空気量に大きな変化が生じるにもかかわらず、複数の気筒を有するエンジンにおける気筒間の特性のバランスは従来考慮されていない。
そこで本発明の目的は、パルス過給を実行可能なエンジンにおいて、複数の気筒間の特性の不均衡を抑制できるような装置を提供することにある。
発明の開示
本発明は、各気筒の吸気弁よりも上流側の吸気通路に設けられて当該吸気通路を個別に開閉する吸気制御弁と、
この吸気制御弁の開閉を行うアクチュエータと、
前記アクチュエータの作動を制御する制御手段と、
を備え、前記制御手段は前記アクチュエータを制御して、前記吸気制御弁の開弁を前記吸気弁の開弁よりも遅くすることにより過給を実行させるエンジンにおいて、
前記エンジンの前記各気筒毎に検出された状態量に基づいて前記気筒間における過給空気量の不均衡が抑制されるように前記アクチュエータの作動タイミングを個別に補正する過給補正手段を更に備えたことを特徴とするエンジンの制御装置である。
本発明においては、制御手段はアクチュエータを制御して、吸気制御弁を利用した過給を実行させ、過給補正手段は、各気筒の状態量に基づいて、アクチュエータの作動タイミングを個別に補正する。したがって本発明では、パルス過給を実行可能なエンジンにおいて、複数の気筒間の特性の不均衡を抑制できる。
過給補正手段は、各気筒間の状態量の偏差に基づいて前記補正を行うのが好適である。
本発明における状態量は、エンジンの回転速度とすることができる。
本発明における状態量は、エンジンの吸気経路内の空気量としてもよい。この空気量は、吸気制御弁の下流側且つ吸気弁の上流側の吸気経路内の圧力に基づいて検出されてもよいし、また、吸気制御弁の上流側の吸気経路内の吸気流量または圧力に基づいて検出されてもよい。また状態量は、空燃比であってもよい。
本発明における制御手段は、気筒間の状態量の偏差が所定値より大である場合に吸気制御弁を全開状態で停止させることができる。
エンジンの燃料噴射量を補正する噴射量補正手段を更に備えたエンジンの場合には、過給補正手段と噴射量補正手段とに補正の実行を指示する補正指示手段を備え、補正指示手段は、過給補正手段と噴射量補正手段の実行条件が共に成立している場合には、噴射量補正手段を優先して実行させるのが好適である。気筒間の燃料噴射量のばらつきが補正されていない状態で、吸気制御弁の動作のばらつきを補正すると、吸気制御弁に係る補正が燃料噴射量のばらつきを補償するように行われるために、その後に燃料噴射量のばらつきの補正を行った結果として、吸気制御弁の動作のばらつき補正を再び行うことが必要になる。従って、噴射量補正手段を優先して実行させることにより、吸気制御弁に係る補正を再び行う必要がなくなる。
噴射量補正手段を優先して実行させるエンジンでは、過給補正手段と噴射量補正手段の実行条件が共に成立している場合であっても、エンジンの要求空気量が第一の基準値より大である場合には、過給補正手段を優先して実行させてもよい。要求空気量が大きい領域では、燃料噴射量のばらつきよりも、過給される空気量のばらつきが、エンジンの性能に与える影響において支配的であるため、このような場合には噴射量に係る補正より前に過給補正手段を実行しても、相当程度に精度を有する過給補正を行うことができる。
噴射量補正手段を優先して実行させるエンジンでは、過給補正手段と噴射量補正手段の実行条件が共に成立している場合であっても、要求空気量が第二の基準値より大である場合には、過給補正手段と噴射量補正手段をいずれも実行させず、過給を実行させてもよい。この場合には、過給の必要性に応じてより早く過給を行うことができ、加速遅れの抑制によりドライバビリティを向上することができる。
また、補正指示手段は、前記過給補正手段と前記噴射量補正手段の実行条件が共に成立している場合であっても、前記エンジンの空燃比が第三の基準値より小さい場合には、前記過給補正手段を優先して実行させてもよい。エンジンの空燃比（Ａ／Ｆ）が小さい、すなわちリッチの領域では、燃料噴射量のばらつきよりも、過給される空気量のばらつきが、エンジンの性能に与える影響において支配的であるため、このような場合には噴射量に係る補正より前に過給補正手段を実行しても、相当程度に精度を有する過給補正を行うことができる。
また補正指示手段は、前記過給補正手段と前記噴射量補正手段の実行条件が共に成立している場合であっても、前記エンジンの要求空気量が第四の基準値より大である場合には、前記過給補正手段と前記噴射量補正手段をいずれも実行させず、前記過給を実行させてもよい。この場合には、過給の必要性に応じてより早く過給を行うことができ、加速遅れの抑制によりドライバビリティを向上することができる。なお、第四の基準値は上記第二の基準値と同じであっても異なっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
図１は、本発明による吸気制御装置を直噴形式のガソリンエンジンに適用した一実施形態の概念図である。
図２は、エンジンの吸気行程にて吸気制御弁の開弁時期を変更した場合の吸入空気量の変化を表すグラフである。
図３は、吸気弁、排気弁および吸気制御弁の開閉時期の一例を示すタイミング図である。
図４は、圧縮行程開弁タイミングマップで設定される圧縮行程開弁の実行領域を示すグラフである。
図５は、本発明の第１実施形態における補正処理を示すフローチャートである。
図６は、本発明の第１実施形態における過給補正処理を示すフローチャートである。
図７は、クランク軸の回転速度の変動と過給補正量との関係を示すタイミング図である。
図８は、過給補正処理に用いられる過給補正量マップの設定例を示すグラフである。
図９は、第２実施形態における過給補正処理を示すフローチャートである。
図１０は、クランク角加速度の脈動を示すタイムチャートである。
図１１は、第２実施形態における吸入空気量による補正と燃料噴射量による補正の各領域を示す概念図である。
図１２は、第３実施形態の機械的構成を示す概念図である。
図１３は、第３実施形態における過給補正量マップの設定例を示すグラフである。
図１４は、第３実施形態における過給補正処理を示すフローチャートである。
図１５は、第４実施形態における過給補正量マップの設定例を示すグラフである。
図１６は、第４実施形態における過給補正処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明による吸気制御装置を直噴形式のガソリンエンジンに応用した実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、したがって本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができることに注意しなければならない。
第１実施形態におけるエンジンシステムの概念を図１に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、燃料であるガソリンを燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に直接噴射し、点火プラグ１３によって着火させる火花点火式のものであり、アルコールやＬＰＧ（液化天然ガス）などを燃料として使用することも可能である。また、圧縮時着火式のエンジンでもよい。
燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１４および排気ポート１５が形成されたシリンダヘッド１６には、吸気ポート１４を開閉する吸気弁１７および排気ポート１５を開閉する排気弁１８と、これら吸気弁１７および排気弁１８を駆動する動弁機構ＶＭと、燃焼室１２内の混合気を着火させる点火プラグ１３とが組み込まれ、さらにこの点火プラグ１３に火花を発生させるイグニッションコイル１９が搭載されている。
動弁機構ＶＭは、吸気弁１７および排気弁１８を個別に任意の開度およびタイミングで制御することが可能な機構であり、吸気弁１７と排気弁１８とにそれぞれ個別に設けられたソレノイドを含んでいる。なお、このような構成に代えて、動弁機構ＶＭとしては例えば２種類のカムを油圧によって切り替えることによってバルブタイミングおよびカムプロフィールを任意に変更できる可変バルブタイミング機構を用いてもよい。
吸気ポート１４に連通するようにシリンダヘッド１６に連結されて吸気ポート１４と共に吸気通路２０を画成する吸気管２１の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路２０に導くためのエアクリーナ２２が設けられている。このエアクリーナ２２よりも下流側に位置する吸気管２１の部分には、運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの踏み込み量に基づき、スロットルアクチュエータ２３によって開度が調整されるスロットル弁２４が組み込まれている。本実施形態では、アクセルペダルの踏み込み動作と、スロットル弁２４の開閉動作とを切り離して電気的に制御できるようにしているが、これらアクセルペダルとスロットル弁２４とを機械的に連結したものであってもよい。
さらに、このスロットル弁２４よりも下流側に位置する吸気通路２０の部分には、吸気弁１７の開閉時期に応じた所定のタイミングにてアクチュエータ２５により吸気通路２０を開閉する吸気制御弁２６が組み込まれている。エンジン１０が気筒当たり複数の吸気ポート１４をそれぞれ有する場合、吸気制御弁２６を各吸気ポート１４毎に独立して設け、各吸気ポート１４を個別に開閉することも可能であるが、個々の気筒を単位として吸気制御弁２６を開閉するようにしてもよい。これら吸気制御弁２６およびそのアクチュエータ２５は、吸気弁１７の開閉時期に応じて所望の時期に正確に吸気制御弁２６が開閉するように、極めて制御応答性の高いものである。
本実施形態における吸気制御弁２６は、図３に示されるとおり、吸気弁１７の開弁時期よりも遅く開弁し、そして吸気弁１７の閉弁時期の近傍で閉弁するように、制御装置２７からの指令に基づき、アクチュエータ２５によって制御される。この結果、エンジン１０の吸気行程の末期に負圧状態となっている燃焼室１２内に吸気制御弁２６よりも上流側に位置する吸気通路２０内の空気が急激に流れ込み、一種の慣性過給効果により多量の空気を燃焼室１２内に充填させることが可能となる（パルス過給）。換言すれば、この吸気制御弁２６を用いたパルス過給においては、吸気の慣性と吸気制御弁２６よりも下流側に発生する負圧とを利用して制御の開始直後から実質的な過給がなされることとなる。
吸気行程におけるピストン３４の上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）に至る任意のクランク角位相にて吸気制御弁２６を開弁し、ＢＤＣにて閉弁した場合の吸気制御弁２６の開弁時期と吸入空気量との関係を図２に示す。吸気制御弁２６の開弁時期は横軸のクランク角位相にて示されており、吸気制御弁２６の開弁時期を変えることにより、吸入空気量も変化することが理解されよう。従って、この吸入空気量が最大になる点の近傍で、吸気制御弁２６を開弁させることにより、多量の空気を燃焼室１２内に充填させることができる。
再び図１において、途中にサージタンク２８が形成された吸気管２１には、吸気通路２０内を流れる吸気温を検出してこれを制御装置２７に出力する吸気温センサ２９と、吸気通路２０内の吸気圧を検出してこれを制御装置２７に出力する吸気圧センサ３０とが取り付けられている。
排気ポート１５に連通するようにシリンダヘッド１６に連結されて排気ポート１５と共に排気通路３１を画成する排気管３２の途中には、燃焼室１２からの排ガスを浄化する三元触媒３３が組み込まれている。この三元触媒３３を排気通路３１に沿って直列に複数個組み込むことも有効である。
従って、エアクリーナ２２を通って吸気管２１から燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と共に混合気を形成し、点火プラグ１３の火花により着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが三元触媒３３を通って排気管３２から大気中に排出される。
ピストン３４が往復動するシリンダブロック３５には、このシリンダブロック３５に形成されたウォータジャケット３６内の冷却水の温度を検出してこれを制御装置２７に出力する水温センサ３７と、連接棒３８を介してピストン３４が連結されるクランク軸３９の回転位相、つまりクランク角を検出してこれを制御装置２７に出力するクランク角センサ４０とが取り付けられている。本実施形態においては、このクランク角センサ４０をエンジン回転数センサとして利用している。
制御装置２７は、これらセンサ２９，３０，３７，４０などからの検出信号に基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１，イグニッションコイル１９，スロットルアクチュエータ２３，アクチュエータ２５などの作動を制御するようになっている。
制御装置２７は、図示しないエアフローメータの検出値に応じて吸入空気量を算出し、また、クランク角センサ４０の検出値に応じてエンジン回転数を算出する。また制御装置２７は、吸入空気量およびエンジン回転数に基づいて、燃料の基本噴射量を算出する。
さらに制御装置２７は、算出された基本噴射量に対して各種の補正を行い、燃料噴射量を算出する。基本噴射量に対して行われる各種の補正は、吸気温度・エンジン水温・排気温度・空燃比などに基づく補正処理に加えて、気筒間における燃料噴射量の不均衡が抑制されるように各燃料噴射弁１１の開弁時期を個別に補正する平準化処理を含む。
平準化処理では、クランク角センサ４０の信号に基づいて、特定の気筒の回転速度（または所定クランク角（例えば３０°ＣＡ）の回転に要する所要時間）と全気筒の平均回転速度との偏差を求め、この偏差に応じて所定の噴射補正量マップを参照することにより、当該偏差が小さくなるように燃料噴射量の補正量（係数）を気筒ごとに設定する。制御装置２７は、設定された補正量を、吸気温度などに基づく他の補正量と共に基本噴射量に乗算することにより、燃料噴射量を補正する。この平準化処理は、車両の出荷時のほか、当該補正に適した所定のタイミングで実行される。
制御装置２７は、吸気弁１７の開閉タイミングに応じた吸気制御弁２６の開閉タイミングを定めた吸気制御弁タイミングマップを有し、アクチュエータ２５は制御装置２７により、この吸気制御弁タイミングマップに従って制御される。また、制御装置２７は、エンジン回転数と要求負荷とに応じて過給制御弁２６を動作させる領域を定めた過給制御実行領域マップを有する。過給制御実行領域マップの特性は概ね図４に示されるとおりであり、図４中ハッチングが付された領域で過給制御弁２６が動作され過給制御が実行される。
本実施形態における制御装置２７は、さらに、気筒間における過給空気量の不均衡が抑制されるように各アクチュエータ２５の開弁時期を気筒ごとに補正する過給補正処理を行う。この過給補正処理は、車両の出荷時のほか、当該補正に適した所定のタイミングで実行される。このために、制御装置２７には、予め定められた過給補正量マップが格納されている。過給補正量マップは、特定の気筒の回転速度（または所定クランク角（例えば３０°ＣＡ）の回転に要する所要時間）と全気筒の平均回転速度との偏差と、この偏差に応じた過給タイミングの補正量とを定めたテーブル形式のデータファイルであり、この過給補正量マップを参照することにより、当該偏差が小さくなるように、吸気制御弁２６の動作タイミングの補正量（係数）が気筒ごとに設定される。
本実施形態の動作について説明する。図５において、まず制御装置２７では、吸気制御弁２６の補正時期かが判断される（Ｓ１０）。この判断は、例えば前回補正後の経過時間および走行距離のように、気筒間における各アクチュエータ２５の過給空気量の不均衡が生じるような車両の状態にあるか否か、および、回転数や負荷の値やその時間変化が、当該補正に適した状態にある（例えば、回転数や負荷が低すぎれば補正に適さず、また急加速時など回転数や負荷の時間変化が大きい場合には補正に適さない）か否か等に基づいて行われる。
吸気制御弁２６の補正時期にある場合には、次に、現在のエンジン１０の運転状態が、吸気制御弁２６の使用域かが判断される（Ｓ２０）。この判断は、上述のとおり制御装置２７の記憶領域に格納されている吸気制御実行領域マップの参照によって行われる。なお、ステップＳ１０またはＳ２０で否定の場合には処理がリターンされる。
吸気制御弁２６の使用域である場合には、次に、要求空気量Ｇｔｒｇが予め定められた基準値Ｇｐ以下かが判断される（Ｓ３０）。要求空気量Ｇｔｒｇは、エンジン回転数及び要求負荷に基づいて所定の要求空気量マップによって算出される。基準値Ｇｐは、予め定められた固定値としてもよく、また、例えばＮＯｘ限界やスモーク限界（その値より要求空気量が高いにもかかわらずパルス過給を行わないと、吸入空気量の不足によりＮＯｘ排出量またはスモーク排出量が所定値を上回るような要求空気量のしきい値）などから走行領域（エンジン回転数および要求負荷）に応じて所定のマップの参照により動的に定められてもよい。
要求空気量Ｇｔｒｇが基準値Ｇｐ以下である場合には、次に、燃料噴射量の補正時期かが判断される（Ｓ４０）。この判断は、例えば前回の噴射量補正後の経過時間および走行距離のように、気筒間における燃料噴射量の不均衡が生じるような車両の状態にあるか否か、および、回転数や負荷の値やその時間変化が、当該補正に適した状態にある（例えば、回転数や負荷が低すぎれば補正に適さず、また急加速時など回転数や負荷の時間変化が大きい場合には補正に適さない）か否か等に基づいて行われる。
燃料噴射量の補正時期にある場合には、次に、吸気制御弁動作停止フラグが「１」にセットされ（Ｓ５０）、これによって、吸気制御弁２６の動作が禁止される。そして、燃料噴射量の補正が実行される（Ｓ８０）。この燃料噴射量の補正は、上述の平準化処理を含むため、噴射量補正によって気筒間の燃料噴射量が平準化される。
燃料噴射量の補正が終了したことを条件に（Ｓ７０）、吸気制御弁動作停止フラグが「０」にリセットされ（Ｓ８０）、これによって吸気制御弁２６の動作が許可される。
次に、過給補正処理が実行される（Ｓ９０）。この過給補正処理は、上述のとおり、気筒間における過給空気量の不均衡が抑制されるように各アクチュエータ２５の開弁時期を個別に補正するものであって、その手順の一例は図６のフローチャートに示されている。
図６において、まず、制御装置２７によってアクチュエータ２５が駆動され、これによって吸気制御弁２６が作動させられる（Ｓ１１０）。そしてクランク角センサ４０の検出値が読み込まれ（Ｓ１２０）、各気筒に対応するクランク角ごとに回転速度が算出される（Ｓ１３０）。この回転速度は、クランク軸３９の軸トルクとみなすことができ、また、クランク軸３９が所定クランク角回転するために要した時間として算出される（図７）。これらステップＳ１１０ないしＳ１３０の動作は、予め定められた回数の検出が終了するまで（Ｓ１４０）繰り返し実行される。
予め定められた回数の検出が終了すると、ステップＳ１３０で算出された各気筒ごとの回転速度に基づいて、全気筒の平均速度（所定クランク角回転するために要した時間の全気筒の平均値）が算出される（Ｓ１５０）。次に、全気筒の平均速度と、各気筒の回転速度との偏差が、気筒ごとに算出される（Ｓ１６０）。算出された偏差が、いずれの気筒においても所定の許容範囲内である場合には、図６のルーチンを抜ける（Ｓ１７０）。
Ｓ１７０において、偏差が少なくともいずれかの気筒において所定の許容範囲外である場合には、偏差に応じた補正量が、気筒ごとに設定される（Ｓ１８０）。この補正量の設定は、偏差の値によって上述の過給補正量マップを参照することによって行われ、偏差に応じた過給補正量が算出および設定される（図７）。そして、設定された補正量によって、吸気制御弁２６の開弁時期が、気筒ごとに補正される（Ｓ１９０）。
これらステップＳ１１０〜Ｓ１９０の動作は、全気筒における偏差が所定範囲内になるまで繰り返し実行され（Ｓ１７０）、偏差が全気筒において所定範囲内になったことを条件に、本ルーチンを抜ける。以上の処理の結果、各気筒の回転速度が、全気筒の平均速度から所定範囲内になるように、吸気制御弁２６による過給空気量のばらつきが補正されることになる。
以上詳述したとおり、本実施形態では、制御装置２７がアクチュエータ２５を制御して、吸気制御弁２６を利用した過給を実行させ、また、過給補正処理により、エンジン１０の運転状態の変動が抑制されるように、アクチュエータ２５の作動タイミングを補正する。したがって本実施形態では、パルス過給を実行可能なエンジンにおいて、複数の気筒間の特性の不均衡を抑制できる。
また、本実施形態では、過給補正処理において、エンジン１０の運転状態の変動に基づいて開弁タイミングを補正することとし、この運転状態は、エンジンの回転速度としたので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。
また、気筒間の燃料噴射量のばらつきが補正されていない状態で、吸気制御弁２６の動作のばらつきを補正すると、吸気制御弁２６に係る補正が燃料噴射量のばらつきを補償するように行われるために、その後に燃料噴射量のばらつきの補正を行った結果として、吸気制御弁２６の動作のばらつきの補正を再び行うことが必要になる。これとは対照的に、本実施形態では、エンジンの燃料噴射量を補正する噴射量補正処理を行うエンジン１０において、過給補正処理と噴射量補正処理の実行条件が共に成立している場合に、噴射量補正処理を優先して実行させる（すなわち、噴射量補正処理を先に実行させると共に過給補正処理を禁止し、噴射量補正処理の終了を条件に過給補正処理を実行させる）こととしたので、噴射量の平準化処理の終了後に過給補正処理が行われることから気筒間の噴射量のばらつきを補正するように過給補正処理が行われることはなく、したがって噴射量補正処理後に吸気制御弁２６に係る補正を再び行う必要がなくなる。
また、本実施形態では、過給補正処理と噴射量補正処理の実行条件が共に成立している場合であっても、エンジンの要求空気量が所定値より大である場合に、過給補正処理を優先して実行させることとした（Ｓ３０）。要求空気量が大きい領域では、燃料噴射量のばらつきよりも、パルス過給による空気量のばらつきが、エンジンの性能に与える影響において支配的である。したがって、本実施形態の装置がこのような場合に噴射量に係る補正より前に過給補正処理を実行することにより、相当程度に精度を有する過給補正を行うことができる。
なお、本実施形態では、過給補正処理と噴射量補正処理の実行条件が共に成立しており且つエンジンの要求空気量が第一の基準値より大である場合に、過給補正処理を優先して実行させることとしたが、このような処理に加え、あるいはこのような処理に代えて、制御装置２７は、過給補正処理と噴射量補正処理の実行条件が共に成立しており且つ要求空気量が第二の基準値より大である場合に、過給補正処理と噴射量補正処理をいずれも実行させず、過給を実行させてもよい。この場合には、過給の必要性に応じてより早く過給を行うことができ、加速遅れの抑制によりドライバビリティを向上することができる。この場合の第二の基準値は、上記第一の基準値と異なる値でもよいし、同じ値でもよい。第二の基準値を第一の基準値と異なる値とすれば、要求空気量の程度に応じて、過給補正処理と過給とのうちのいずれかを実行させることができる。
また、制御装置２７は、過給補正処理と噴射量補正処理の実行条件が共に成立している場合であっても、エンジンの空燃比が第三の基準値より小さい場合には、過給補正処理を優先して実行させてもよい。エンジンの空燃比（Ａ／Ｆ）が小さい、すなわちリッチの領域では、燃料噴射量のばらつきよりも、過給される空気量のばらつきが、エンジンの性能に与える影響において支配的であるため、このような場合には噴射量に係る補正より前に過給補正処理を実行しても、相当程度に精度を有する過給補正を行うことができる。
また制御装置２７は、過給補正処理と噴射量補正処理の実行条件が共に成立している場合であっても、エンジンの要求空気量が第四の基準値より大である場合には、過給補正処理と噴射量補正処理をいずれも実行させず、過給を実行させてもよい。この場合には、過給の必要性に応じてより早く過給を行うことができ、加速遅れの抑制によりドライバビリティを向上することができる。なお、第四の基準値は上記第二の基準値と同じであっても異なっていてもよい。
また、上記実施形態では、過給補正処理および噴射量の平準化処理のための気筒間における過給空気量の不均衡を、クランク角センサ４０によって検出されたエンジンの回転速度の変動に基づいて検出することとしたが、本発明における過給空気量の不均衡は、他の手段によって検出してもよい。例えば、気筒ごとに排気経路にＡ／Ｆ（空燃比）センサを設置し、これらＡ／Ｆセンサの検出値に基づいて、気筒間における過給空気量の不均衡を検出することができる。この場合に、Ａ／Ｆセンサの検出値に基づいて検出された気筒間における空気量の不均衡は、過給補正処理および噴射量の平準化処理のうち一方に利用してもよいし、両者に利用してもよい。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、上記第１実施形態における過給補正処理についての変形例である。第２実施形態の機械的構成は、上記第１形態のものと同様であるため、その詳細の説明は省略する。
本実施形態では、過給補正処理に用いられる過給補正量マップは、図８に示されるように、偏差Δ（ｄω／ｄｔ）と、目標過給補正量ΔＧａｉ（ｇ／ｓ）とを互いに関連付けて格納している。偏差Δ（ｄω／ｄｔ）は、クランク角加速度変化の各気筒の値と最小値との差である。図８に示されるとおり、目標過給補正量ΔＧａｉ（ｇ／ｓ）は、０または負であって、偏差Δ（ｄω／ｄｔ）が大であるほど絶対値が大となるように設定されている。
第２実施形態の動作について説明する。図９において、まず、制御装置２７によってアクチュエータ２５が駆動され、これによって吸気制御弁２６が作動させられる（Ｓ２１０）。そしてクランク角センサ４０の検出値が読み込まれ（Ｓ２２０）、各気筒に対応するクランク角ごとに、クランク角加速度変化（ｄω／ｄｔ）が算出される（Ｓ２３０）。クランク角加速度変化（ｄω／ｄｔ）は、図１０に示されるように脈動するクランク角加速度において、各極小点とこれに続く極大点との偏差である。
全気筒についてのクランク角加速度変化（ｄω／ｄｔ）の算出が終了したことを条件に、制御装置２７は、それら算出された値のうちから、最大クランク角加速度変化（ｄω／ｄｔ）ｍａｘを（Ｓ２４０）、また最小クランク角加速度変化（ｄω／ｄｔ）ｍｉｎを（Ｓ２５０）、それぞれ算出する。
次に、制御装置２７は、最大クランク角加速度変化（ｄω／ｄｔ）ｍａｘから最小クランク角加速度変化（ｄω／ｄｔ）ｍｉｎを減算して、偏差Δ（ｄω／ｄｔ）ｍａｘを算出する（Ｓ２６０）。
次に、制御装置２７は、偏差Δ（ｄω／ｄｔ）ｍａｘが所定値以上かを判定する（Ｓ２７０）。
もし偏差が所定値未満ならば、制御装置２７は、気筒カウンタｉを１にリセットし（Ｓ２９０）、前回使用した目標空気量補正量を保存する（ΔＧａ０ｉ＝ΔＧａｉ、Ｓ３００）。次に制御装置２７は、各気筒のクランク角加速度変化（ｄω／ｄｔ）ｉから最小クランク角速度変化（ｄω／ｄｔ）ｍｉｎを減算することにより、各気筒についての偏差Δ（ｄω／ｄｔ）ｉを算出する（Ｓ３１０）。そして制御装置２７は、偏差Δ（ｄω／ｄｔ）ｉによって過給補正量マップを参照することにより、目標過給補正量ΔＧａｉを算出する（Ｓ３２０）。
次に制御装置２７は、所定のベース値Ｇａ＿ｔｒｇ＿ｂａｓｅｉに、前回使用した目標過給補正量ΔＧａ０ｉと、ステップＳ３２０で算出した目標過給補正量ΔＧａｉを加算することによって、各気筒の目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇｉを補正する（Ｓ３３０）。そして補正後の目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇｉに基づいて、各気筒の吸気制御弁２６の制御値、すなわち、目標開弁時期、目標開弁期間および目標閉弁時期を決定する（Ｓ３４０）。
ステップＳ３００からＳ３４０までの各処理が、全気筒について終了したことを条件に（Ｓ３５０，Ｓ３６０）、制御装置２７は各気筒の制御値に従って、各気筒のアクチュエータ２５に制御出力を行う（Ｓ３７０）。
他方、ステップＳ２７０において、もし偏差Δ（ｄω／ｄｔ）ｍａｘが所定値以上ならば、制御装置２７は、吸気制御弁２６の制御値を、全開の停止位置に相当する値に設定し（Ｓ２７０）、各気筒のアクチュエータ２５に制御出力を行う（Ｓ３７０）。
以上の処理の結果、各気筒のクランク角加速度が、全気筒中の最小値から所定範囲内になるように、吸気制御弁２６による過給空気量のばらつきが補正されることになる。
以上のとおり、本実施形態では、過給補正処理により、エンジン１０の運転状態である回転加速度の変動が抑制されるように、アクチュエータ２５の作動タイミングを補正する。したがって本実施形態では、パルス過給を実行可能なエンジンにおいて、複数の気筒間の特性の不均衡を抑制できる。
また本実施形態では、制御装置２７が、運転状態の変動が所定値より大である場合に吸気制御弁を全開状態で停止させる。したがって、吸気制御弁２６またはその開閉を行うアクチュエータ２５の異常である可能性が高い場合に、吸気制御弁２５を使用しない運転に移行することが可能になる。その結果、本実施形態では、図１１に示されるように、概ね理論空燃比よりもリッチ側の領域では、燃料噴射量による補正が行われずに吸入空気量による補正が行われることになり、また、理論空燃比よりもリーン側の領域では、吸入空気量による補正が行われずに燃料噴射量による補正が行われることになる。したがって、補正を迅速且つ精度よく行うことができる。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、上記第１実施形態における過給補正処理についての変形例であり、エンジン１０の回転速度の変動に代えて、エンジン１０の吸気経路内の空気量の気筒間のばらつきを用いる。具体的には、空気量のばらつきは吸気制御弁２６の下流側且つ吸気弁１７の上流側の吸気経路内の圧力によって検出される。
図１２に示されるように、第３実施形態の機械的構成は、吸気圧センサ４１、圧力センサ４２及びＡ／Ｆ（空燃比）センサ４３を有するほかは、上記第１実施形態と同様である。吸気圧センサ４１は、スロットル弁２４の下流側且つ吸気制御弁２６の上流側の位置における吸気通路２０に設けられ、当該位置の圧力（以下これをインマニ圧と称す）に応じた信号を制御装置２７に出力する。圧力センサ４２は、吸気制御弁２６の下流側且つ吸気弁１７の上流側の位置における吸気通路２０に設けられ、当該位置の圧力（以下これをポート圧と称す）に応じた信号を制御装置２７に出力する。吸気圧センサ４１はサージタンク２８に一つ設けられ、圧力センサ４２は各気筒ごとに、より詳細には各気筒の枝管ごとに設けられる。Ａ／Ｆセンサ４３は、排気通路３１に設けられ、空燃比に応じた信号を制御装置２７に出力する。Ａ／Ｆセンサ４３は排気通路３１における枝管ごとに設けられていても、また各枝管の集合部よりも下流側に一つ設けられていてもよい。後者の場合には、気筒ごとのＡ／Ｆは、クランク角センサの検出値、各気筒の排気弁１８の開弁時期および開弁時間、並びに所定の遅延時間に基づいて、制御装置２７によって算出される。
本実施形態では、過給補正処理に用いられる過給補正量マップは、図１３に示されるように、空気量の偏差ΔＧａｉと、目標過給補正量ΔＧａ＿ｎｅｗｉ（ｇ／ｓ）とを互いに関連付けて格納している。空気量の偏差ΔＧａｉは、各気筒の吸入空気量と平均値との差である。図１３に示されるとおり、目標過給補正量ΔＧａ＿ｎｅｗｉ（ｇ／ｓ）は、正または負の値を取り得て、且つその絶対値は、空気量の偏差ΔＧａｉの絶対値が大であるほど大となるように設定されている。
第３実施形態の動作について説明する。図１４において、まず、制御装置２７によってアクチュエータ２５が駆動され、これによって吸気制御弁２６が作動させられる（Ｓ４１０）。そして圧力センサ４２の検出値に基づいて、気筒ごとの圧力値が読み込まれる（Ｓ４２０）。
全気筒についての圧力値の検出が終了したことを条件に、制御装置２７は、それら検出された値のうちから、最大圧力Ｐｍａｘを（Ｓ４４０）、また最小圧力Ｐｍｉｎを（Ｓ４５０）、それぞれ算出する。
次に、制御装置２７は、最大圧力Ｐｍａｘから最小圧力Ｐｍｉｎを減算して、圧力の偏差ΔＰｍａｘを算出する（Ｓ４６０）。
次に、制御装置２７は、圧力の偏差ΔＰｍａｘが所定値以上かを判定する（Ｓ４７０）。
もし偏差ΔＰｍａｘが所定値未満ならば、制御装置２７は、気筒カウンタｉを１にリセットし（Ｓ４９０）、前回使用した目標空気量補正量を保存する（ΔＧａ０ｉ＝ΔＧａｉ、Ｓ５００）。次に制御装置２７は、偏差ΔＰｉを算出する。この偏差ΔＰｉは、各気筒の圧力Ｐｉから、圧力の平均値Ｐａｖｅを減算することにより、各気筒について算出される（Ｓ５１０）。なお、ここでは各気筒の圧力Ｐｉと圧力の平均値Ｐａｖｅとの差を算出しているが、各気筒の圧力Ｐｉと最小圧力Ｐｍｉｎとの差を偏差ΔＰｉとしてもよい。
そして制御装置２７は、圧力の偏差ΔＰｉによって過給補正量マップを参照することにより、目標過給補正量ΔＧａ＿ｎｅｗｉを算出する（Ｓ５２０）。
次に制御装置２７は、所定のベース値Ｇａ＿ｔｒｇ＿ｂａｓｅｉに、前回使用した目標過給補正量ΔＧａ０ｉと、ステップＳ５２０で算出した目標過給補正量ΔＧａ＿ｎｅｗｉを加算することによって、各気筒の目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇｉを補正する（Ｓ５３０）。なお、ここでの目標過給補正量ΔＧａ０ｉと目標過給補正量ΔＧａ＿ｎｅｗｉとの和は、目標空気量補正量Ｇａｉとして、次のサイクルでのステップ５００において記憶されることになる。
次に、制御装置２７は、補正後の目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇｉに基づいて、各気筒の吸気制御弁２６の各制御値、すなわち、目標開弁時期、目標開弁期間および目標閉弁時期を決定する（Ｓ５４０）。ここでの制御値の決定は以下のようにして行われる。まず、クランク角に基づいて吸気制御弁２６の開弁前の所定の検出時期に検出されたポート圧Ｐ１と、吸気制御弁２６の開弁前であってポート圧Ｐ１の検出時からエンジン回転数に応じた遅延時間の経過後に検出されたポート圧Ｐ２とに基づいて、所定の関数により吸気制御弁２６の閉弁後の所定のタイミングにおけるポート圧Ｐ３を推定する。次に、このポート圧Ｐ３に基づいて別の所定の関数により、目標開弁時期、目標開弁期間および目標閉弁時期を算出する。なお、目標閉弁時期は、実開弁時期に目標開弁期間を加えて算出してもよい。
ステップＳ５００からＳ５４０までの各処理が、全気筒について終了したことを条件に（Ｓ５５０，Ｓ５６０）、制御装置２７は各気筒の制御値に従って、各気筒のアクチュエータ２５に制御出力を行う（Ｓ５７０）。
他方、ステップＳ４７０において、もし偏差ΔＰｍａｘが所定値以上ならば、制御装置２７は、吸気制御弁２６の制御値を、全開の停止位置に相当する値に設定し（Ｓ４８０）、各気筒のアクチュエータ２５に制御出力を行う（Ｓ５７０）。
以上の処理の結果、各気筒の圧力が、全気筒中の平均値から所定範囲内になるように、吸気制御弁２６による過給空気量のばらつきが補正されることになる。
以上のとおり、第３実施形態では、空気量の気筒間ばらつきに基づいて、吸気制御弁２６による過給空気量のばらつきを補正することとしたので、補正を点火行程を待たずに行うことが可能になる。
なお、第３実施形態では、空気量の気筒管ばらつきを吸気制御弁２６の下流側且つ吸気弁１７の上流側の吸気経路内の圧力センサ４３によって検出したが、空気量の気筒管ばらつきは、吸気制御弁２６の上流側の吸気経路内の吸気流量または圧力に基づいて検出してもよい。吸気制御弁の上流側の吸気流量を検出する手段として熱線式のエアフローメータを用いる場合には、吸気脈動の影響で測定値が実際値よりも小さくなる場合があるため、吸気制御弁２６の開弁時期、エンジン回転数に基づいて所定の関数により補正係数を算出し、この補正係数を乗算することでエアフローメータの検出値を補正するのが好適である。
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態は、上記第３実施形態における過給補正処理についての変形例であり、エンジン１０の回転速度の変動に代えて、エンジン１０の排ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）の変動を用いる。具体的には、Ａ／Ｆの変動はＡ／Ｆセンサ４３によって検出される。
本実施形態では、過給補正処理に用いられる過給補正量マップは、図１５に示されるように、Ａ／Ｆ偏差の偏差Δ（Δ（Ａ／Ｆ））ｉと、目標過給補正量ΔＧａｉ（ｇ／ｓ）とを互いに関連付けて格納している。Ａ／Ｆ偏差の偏差Δ（Δ（Ａ／Ｆ））ｉは、各気筒のＡ／Ｆ偏差と平均値との差である。図１５に示されるとおり、目標過給補正量ΔＧａｉ（ｇ／ｓ）は、正または負の値を取り得て、且つその絶対値は、Ａ／Ｆ偏差の偏差Δ（Δ（Ａ／Ｆ））ｉの絶対値が大であるほど大となるように設定されている。
第４実施形態の動作について説明する。図１６において、まず、制御装置２７によってアクチュエータ２５が駆動され、これによって吸気制御弁２６が作動させられる（Ｓ６１０）。そしてＡ／Ｆセンサ４３及びクランク角センサ４０の検出値に基づいて、気筒ごとの排気Ａ／Ｆが読み込まれ（Ｓ６２０）、気筒ごとのＡ／Ｆ偏差Δ（Ａ／Ｆ）ｉ（ｉ＝１，２，３，４）が算出される（Ｓ６３０）。
全気筒についてのＡ／Ｆ偏差Δ（Ａ／Ｆ）ｉの算出が終了したことを条件に、制御装置２７は、それら算出された値のうちから、最大Ａ／Ｆ偏差Δ（Ａ／Ｆ）ｍａｘを（Ｓ６４０）、また最小Ａ／Ｆ偏差Δ（Ａ／Ｆ）ｍｉｎを（Ｓ６５０）、それぞれ算出する。
次に、制御装置２７は、最大Ａ／Ｆ偏差Δ（Ａ／Ｆ）ｍａｘから最小Ａ／Ｆ偏差Δ（Ａ／Ｆ）ｍｉｎを減算して、Ａ／Ｆ偏差の偏差Δ（ΔＡ／Ｆ）ｍａｘを算出する（Ｓ６６０）。
次に、制御装置２７は、Ａ／Ｆ偏差の偏差Δ（ΔＡ／Ｆ）ｍａｘが所定値以上かを判定する（Ｓ６７０）。
もしΔ（ΔＡ／Ｆ）ｍａｘが所定値未満ならば、制御装置２７は、気筒カウンタｉを１にリセットし（Ｓ６９０）、前回使用した目標空気量補正量を保存する（ΔＧａ０ｉ＝ΔＧａｉ、Ｓ７００）。次に制御装置２７は、Ａ／Ｆ偏差の偏差Δ（ΔＡ／Ｆ）ｉを算出する。このＡ／Ｆ偏差の偏差Δ（ΔＡ／Ｆ）ｉは、各気筒のＡ／Ｆ偏差Δ（Ａ／Ｆ）ｉから、Ａ／Ｆ偏差の平均値Δ（Ａ／Ｆ）ａｖｅを減算することにより、各気筒について算出される（Ｓ７１０）。
そして制御装置２７は、Ａ／Ｆ偏差の偏差Δ（ΔＡ／Ｆ）ｉによって過給補正量マップを参照することにより、目標過給補正量ΔＧａ＿ｎｅｗｉを算出する（Ｓ７２０）。
次に制御装置２７は、所定のベース値Ｇａ＿ｔｒｇ＿ｂａｓｅｉに、前回使用した目標過給補正量ΔＧａ０ｉと、ステップＳ７２０で算出した目標過給補正量ΔＧａ＿ｎｅｗｉを加算することによって、各気筒の目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇｉを補正する（Ｓ７３０）。なお、ここでの目標過給補正量ΔＧａ０ｉと目標過給補正量ΔＧａ＿ｎｅｗｉとの和は、目標空気量補正量Ｇａｉとして、次のサイクルでのステップ７００において記憶されることになる。
次に、制御装置２７は、補正後の目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇｉに基づいて、各気筒の吸気制御弁２６の各制御値、すなわち、目標開弁時期、目標開弁期間および目標閉弁時期を決定する（Ｓ７４０）。ここでの制御値の決定は以下のようにして行われる。まず、クランク角に基づいて吸気制御弁２６の開弁前の所定の検出時期に検出されたポート圧Ｐ１と、吸気制御弁２６の開弁前であってポート圧Ｐ１の検出時からエンジン回転数に応じた遅延時間の経過後に検出されたポート圧Ｐ２とに基づいて、所定の関数により吸気制御弁２６の閉弁後の所定のタイミングにおけるポート圧Ｐ３を推定する。次に、このポート圧Ｐ３に基づいて別の所定の関数により、目標開弁時期、目標開弁期間および目標閉弁時期を算出する。なお、目標閉弁時期は、実開弁時期に目標開弁期間を加えて算出してもよい。
ステップＳ７００からＳ７４０までの各処理が、全気筒について終了したことを条件に（Ｓ７５０，Ｓ７６０）、制御装置２７は各気筒の制御値に従って、各気筒のアクチュエータ２５に制御出力を行う（Ｓ７７０）。
他方、ステップＳ６７０において、もし偏差Δ（Ａ／Ｆ）ｍａｘが所定値以上ならば、制御装置２７は、吸気制御弁２６の制御値を、全開の停止位置に相当する値に設定し（Ｓ６８０）、各気筒のアクチュエータ２５に制御出力を行う（Ｓ７７０）。
以上の処理の結果、各気筒のＡ／Ｆが、全気筒の平均値から所定範囲内になるように、吸気制御弁２６による過給空気量のばらつきが補正されることになる。
なお、上述した各実施形態では本発明をいわゆる筒内直噴形式のガソリンエンジンに応用した場合について説明したが、本発明は、燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射形式のエンジンや、点火プラグを用いないディーゼルエンジンなどの他の形式のエンジンにおいても有効であり、筒内直噴形式のガソリンエンジンの場合と同様な効果を得ることができることは言うまでもない。また、本発明は車両用以外のエンジンについても適用でき、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。

Claims (14)

1. 各気筒の吸気弁よりも上流側の吸気通路に設けられて当該吸気通路を個別に開閉する吸気制御弁と、
   この吸気制御弁の開閉を行うアクチュエータと、
   前記アクチュエータの作動を制御する制御手段と、
   を備え、前記制御手段は前記アクチュエータを制御して、前記吸気制御弁の開弁を前記吸気弁の開弁よりも遅くすることにより過給を実行させるエンジンにおいて、
   前記エンジンの前記各気筒毎に検出された状態量に基づいて前記気筒間における過給空気量の不均衡が抑制されるように前記アクチュエータの作動タイミングを個別に補正する過給補正手段を更に備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記過給補正手段は、前記各気筒間の状態量の偏差に基づいて前記補正を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記状態量は前記エンジンの回転速度であることを特徴とするエンジンの制御装置。
4. 請求項１に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記状態量は前記エンジンの回転加速度であることを特徴とするエンジンの制御装置。
5. 請求項１に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記状態量は前記エンジンの吸気経路内の空気量であることを特徴とするエンジンの制御装置。
6. 請求項５に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記空気量は前記吸気制御弁の下流側且つ前記吸気弁の上流側の吸気経路内の圧力に基づいて検出されることを特徴とするエンジンの制御装置。
7. 請求項５に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記空気量は前記吸気制御弁の上流側の吸気経路内の吸気流量または圧力に基づいて検出されることを特徴とするエンジンの制御装置。
8. 請求項１に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記状態量は前記エンジンの空燃比であることを特徴とするエンジンの制御装置。
9. 請求項１に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記制御手段は、前記状態量の偏差が所定値より大である場合に前記吸気制御弁を全開状態で停止させることを特徴とするエンジンの制御装置。
10. 請求項１に記載のエンジンの制御装置であって、
    前記エンジンの燃料噴射量を補正する噴射量補正手段と、
    前記過給補正手段と前記噴射量補正手段とに補正の実行を指示する補正指示手段と、を更に備え、
    前記補正指示手段は、前記過給補正手段と前記噴射量補正手段の実行条件が共に成立している場合には、前記噴射量補正手段を優先して実行させることを特徴とするエンジンの制御装置。
11. 請求項１０に記載のエンジンの制御装置であって、
    前記補正指示手段は、前記過給補正手段と前記噴射量補正手段の実行条件が共に成立している場合であっても、前記エンジンの要求空気量が第一の基準値より大である場合には、前記過給補正手段を優先して実行させることを特徴とするエンジンの制御装置。
12. 請求項１０に記載のエンジンの制御装置であって、
    前記補正指示手段は、前記過給補正手段と前記噴射量補正手段の実行条件が共に成立している場合であっても、前記エンジンの要求空気量が第二の基準値より大である場合には、前記過給補正手段と前記噴射量補正手段をいずれも実行させず、前記過給を実行させることを特徴とするエンジンの制御装置。
13. 請求項１０に記載のエンジンの制御装置であって、
    前記補正指示手段は、前記過給補正手段と前記噴射量補正手段の実行条件が共に成立している場合であっても、前記エンジンの空燃比が第三の基準値より小さい場合には、前記過給補正手段を優先して実行させることを特徴とするエンジンの制御装置。
14. 請求項１３に記載のエンジンの制御装置であって、
    前記補正指示手段は、前記過給補正手段と前記噴射量補正手段の実行条件が共に成立している場合であっても、前記エンジンの要求空気量が第四の基準値より大である場合には、前記過給補正手段と前記噴射量補正手段をいずれも実行させず、前記過給を実行させることを特徴とするエンジンの制御装置。

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